某型航空發動機燃油調節器滑油腔竄油故障研究

胡秀強 楊立平

摘要：介紹了某型發動機外場發生竄油故障的情況，對竄油故障機理進行了研究驗證，確定了故障原因，制定了預防措施。

關鍵詞：燃油調節器；竄油故障；試驗驗證

Keywords：fuel regulator；oil channeling fault；experimental verification

1 故障情況

某型發動機進行50h定檢時發現燃油調節器滑油濾有煤油味，后對所有該型發動機進行檢查，其中70%的發動機發現燃油調節器滑油濾有煤油味問題，檢查滑油箱、主輔滑油濾、附件機匣、中后軸承回油濾等處的滑油，均無異常。從燃油調節器滑油濾處取樣，化驗滑油開口閃點，檢測結果為120℃（技術規定為不低于135℃）。初步判斷原因是燃油調節器不密封，造成煤油竄入滑油腔內。

2 燃油調節器結構及工作原理簡介

該型發動機燃油調節器由供油部分、滑油泵部分、控制部分和修正部分組成，其中供油部分的工作介質為煤油，其他部分是滑油。兩種介質交界部位有兩處：一處為液壓延遲器齒輪軸部位，通過皮碗和膠圈進行密封隔絕，煤油不會竄入滑油腔；另一處是節流開關組件部位，襯套與殼體用膠圈密封，活門與襯套之間為間隙配合，工作時活門在襯套內周向轉動和軸向移動（見圖1）。為防止燃滑油互竄，活門上設計有6道封嚴槽（簡稱迷宮段），襯套上設計有2個Φ2.5mm的回油孔，迷宮段的設計間隙為0.008～0.012mm（見圖2、圖3）。

工作時，從滑油泵引來的1.47MPa定壓滑油通到活門的左側，節流開關來的煤油（最大約6MPa）通到活門的右側，從迷宮段滲漏的煤油和滑油經Φ2.5mm回油孔進入燃油調節器燃油回油路（壓力為0.25～0.29MPa），再通過主燃油泵、燃油調節器進入發動機燃燒室消耗掉。

從燃油調節器的工作原理來看，發生竄油的部位只能是節流開關組件部位，但在發動機工作階段，燃油調節器節流開關組件中兩種油液的交匯部位因滑油的工作壓力始終大于煤油壓力，煤油無法竄入滑油腔，因此需要研究并驗證該問題產生的原因。

3 分析驗證

3.1 發動機試車驗證

試車驗證的目的是驗證燃油調節器中煤油是在發動機工作狀態還是停車過程中由燃油腔竄入滑油腔的。采用對比法來確定燃油是否竄入滑油腔。采集滑油腔不同時間的滑油，化驗油品的閃點，比較閃點的變化即可確定燃油是否竄入滑油。

在發動機試車階段，共采集油樣20次，其中發動機工作狀態采樣7次，發動機停車過程采樣13次。發動機工作狀態采樣分別在發動機慢車狀態、額定狀態及最大狀態下進行，停車過程采樣則在停車后不同的時間段進行。從采樣油液滑油開口閃點的檢測對比中發現，工作狀態的油樣開口閃點高于停車狀態的油樣開口閃點。

根據混合油靜置不同時間測量開口閃點的數據結果分析，測量誤差在8℃～10℃，依據此結果對發動機上臺試驗的第一組數據進行優化，優化結果如表1所示。

該試驗涉及多次開車及停車，在此數據的基礎上將開車過程中及停車50s后取的油樣進行人為過濾，生成如圖4所示的曲線圖。

從試驗結果可以看出，發動機工作狀態時滑油腔內滑油閃點基本在180℃以上，與試車前滑油閃點對比無變化，可確定發動機工作過程中無燃油竄入滑油腔。發動機停車后，滑油腔內的滑油閃點下降了8℃～10℃，能確定該發動機停車后有微量煤油滲入滑油腔。

在試車臺上測量發動機停車過程中燃油調節器滑油腔壓力和燃油腔壓力。發動機停車過程中，燃油調節器滑油定壓油壓力與燃油回油壓力均隨轉速下降逐漸降低，在50s前，滑油定壓油壓力高于燃油回油壓力；在50～60s之間，兩種壓力基本相同，約為0.28MPa；60s后滑油定壓油壓力低于燃油回油壓力，持續約4min，最大壓力差約為0.1MPa。根據發動機停車過程中定壓滑油和燃油回油壓力的變化情況可知，滑油壓力下降速度較快，燃油回油壓力下降較慢，60s后定壓滑油壓力低于燃油回油壓力。燃油在壓差作用下，通過節流開關間隙滲入滑油腔，導致燃油調節器滑油濾處有燃油味。

分析試車結果，燃油調節器滑油濾有煤油滲入，滲入是在發動機停車過程發生的，滲入量極少。主要原因是發動機停車時，節流開關左側的滑油壓力下降迅速，而右側的工作燃油由于進口單向活門、出口單向活門和回油單向活門的關閉（活門關閉壓力為0.32～0.57MPa），形成封閉油腔，壓力下降比較緩慢，加之煤油滲透力較強，使煤油通過迷宮段的間隙滲入滑油腔，經過一段時間停放后逐漸流至滑油濾部位，造成煤油竄腔。

3.2 摻入煤油后調節器性能變化情況

為了驗證滑油中竄入煤油對燃油調節器性能的影響，對燃油調節器滑油介質摻入不同比例的煤油進行試驗驗證。選取一臺調試合格的燃油調節器，將設備滑油箱的滑油依次摻入3%、5%、8%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%煤油，分別檢查燃油調節器的節流特性、加速特性、五級和八級放氣活門工作轉速、慢車和極限轉速，驗證結果表明：

1）節流特性在整個驗證過程中無明顯變化。

2）加速特性在煤油摻入量低于40%時，流量基本不變；摻入量超過40%時，流量開始變小；摻入量超過60%時，流量急劇變小。

3）五級和八級放氣活門工作轉速、慢車與極限轉速在煤油摻入量低于90%時基本不變，超過后有變大趨勢。

3.3 摻入煤油后閃點變化情況

為了驗證滑油中竄入煤油對發動機潤滑效果的影響，在混合滑油（75%8B，25%20號滑油）中摻入不同比例的煤油進行開口閃點和運動粘度檢測，具體如表2所示。

3.4 小結

從閃點試驗數據來看，所檢查的發動機僅有少量煤油滲入到燃油調節器滑油濾處；從滲漏失效驗證情況來看，少量煤油從節流開關間隙滲入滑油腔；從滑油中摻入不同比例的煤油試驗驗證情況來看，少量煤油進入滑油腔對燃油調節器性能無影響。從試驗驗證情況來看，當試驗設備滑油箱中摻入的煤油少于20%時，對燃油調節器的性能無影響。大量煤油進入滑油腔時，加速特性流量變小，將會影響發動機起動性能及從慢車加速到均衡轉速的加速過程，五級和八級放氣活門工作轉速、慢車與極限轉速會變大。

當附件機匣滑油中摻入少量煤油時，運動粘度下降不大，不影響潤滑油膜的形成，對發動機潤滑無影響。當大量煤油進入滑油系統時，運動粘度下降較多，不利于潤滑油膜的形成，可能會導致齒輪和軸承潤滑不良，滑油溫度升高。

4 應對措施

當發現發動機燃油調節器滑油濾有煤油滲入時，飛機仍然可以參與飛行。飛行前，測量并記錄附件機匣內腔滑油閃點應不低于138℃，第一次飛行后再次測量附件機匣內腔滑油閃點，與飛行前的測量結果對比，降低不應超過20℃且不低于138℃時，發動機可以在外場監控使用。飛行過程中應注意觀察發動機滑油油量和滑油溫度無明顯上升。結合下一次50h定檢工作，檢測附件機匣內的滑油閃點，應不低于138℃，發動機可在外場正常使用。若附件機匣內腔滑油閃點低于138℃，則應更換發動機滑油，進行地面試車，試車后再次測量附件機匣內滑油閃點，大于138℃時發動機可繼續使用，若仍低于138℃則進行排故。

作者簡介

胡秀強，高級工程師，從事航空發動機燃油附件技術工作。

楊立平，高級工程師，從事航空發動機燃油附件技術工作。